如何選擇電學儀器和實驗電路

2022-06-16 07:36:06 字數 3657 閱讀 4971

在電學實驗中,例如用伏安法測電阻。測量電源的電動勢和內電阻,測某一用電器的i-u圖線,都存在如何選擇電學實驗器材,如何選擇測量電路、控制電路的問題。合理地選擇實驗器材和實驗電路,可以使實驗順利進行,而且實驗操作方便,實驗誤差較小。

正確地選擇電器和電路的問題,有一定的靈活性。解決時應掌握和遵循一些基本的原則、即「安全性」、「精確性」、「方便性」和「誤差小」、「儀器少」、「耗電少」等各方面要綜合考慮。靈活運用。

一、實驗儀器的選擇

根據教學大綱及高考考核的要求,選擇電學實驗議器主要是選擇電表、滑動變阻器、電源等器件,通常可以從以下三方面入手:1、根據不使電表受損和儘量減少誤差的原則選擇電表。首先保證流過電流錶的電流和加在電壓表上的電壓均不超過使用量程。

然後合理選擇量程。務必使指標有較大偏轉(一股取滿偏的2/3左右),以減少測讀的誤差。2、根據電路中可能出現的電流或電壓範圍需選擇滑動受阻器。

注意流過滑動變阻器的電流不超過它額定值。對高阻值的變阻器,如果滑動頭稍有移動,使電流電壓有很大變化的,不宜採用。3、應根據實驗的基本要求來選擇儀器。

對於這種情況。只有熟悉實驗原理。才能作出恰當的選擇。

例1: 有一電阻r ,其阻值大約在40ω至50ω之間,需進一步測定其阻值,現有下列器材:

電池組ε,電動勢為9 v,內阻忽略不計;

電壓表v,量程為0至10 v,內阻20kω;

電流錶a1,量程為0至50ma,內阻約20ω;

電流錶a2,量程為0至300ma,內阻約4ω;

滑動變阻器r1,阻值範圍為0至100ω,額定電流1a;

滑動變阻器r2,阻值範圍為0至1700ω,額定電流0.3a,

開關s及導線若干。實驗電路圖如圖1所示,實驗中要求多測幾組電流、電壓值。在實驗中應選電流錶和滑動變阻器。

分析與解: 首先估算電路中可能達到的最大電流值,假設選電流錶a1,則

,超過了a1的量程,假設選電流錶a2,則,未超出a2的量程,故應選電流錶a2,這一選擇遵循了安全性原則。

對滑動變阻器的選擇。假設選r1,電路中的最小電流約為,

故電路中的電流強度範圍為0.06a~0.18a。又假設選r2,電路中的最小電流約為

.故電路中的電流強度範圍為0.005a~0.

18a,因為電流錶a2的量程為0.3a,電流強度為0.06a時,僅為電流錶a2量程的1/5,如果移動滑動變阻器阻值再增大,其電流錶的示數將更小,讀數誤差會更大,因此對於r2而言,有效的調節長度太小,將導致電流強度值隨滑動片位置的變化太敏感。

調節不方便,故應選滑動受阻器r1。這一選擇就遵循了方便性原則。

二、實驗電路(電流錶內外置法)的選擇

電壓表和電流錶連入電路可以有兩種方法:一種是如圖2甲所示的電路叫做電流錶外接電路(簡你「外接法」);一種是如圖2乙所示電路叫做電流錶內接電路(簡稱「內接法」)。由於電流錶、電壓表內阻的影響,不管採用電流錶內接還是外接都將會引起誤差。

外接法的測量誤差是由於電壓表的分流作用而產生的,由併聯電路中電流分配與電阻成反比可知當時,電壓表的分流作用可忽略不計,此時,可見對於小電阻的測量宜採用外接法電路。內接法產生的誤差是電流錶的分壓作用,由串聯電路的電壓分配與電阻成正比可知,當時,電流錶的分壓作用很小,可忽略不計,此時,所以對大電阻應採用內接法電路。那麼如何確定r 值是較大還是較小呢?

根據以上分析可知,當被測電阻與電壓表內阻的關係滿足即時應採用「外接法」較準確;當被測電阻與電流錶的內阻相比滿足即時,採用「內接法」測量誤差較小。若當時,電壓表的分流作用和電流錶的分壓作用對測量結果的影響是相同的,此時既可選擇「內接法」也可選擇「外接法」。,此時的r我們常稱為臨界電阻。

當即時,電流錶的分壓作用較電壓表的分流作用明顯應採用內接電路,當即時,電壓表的分流作用較電流錶的分壓作用明顯,應採用外接電路。

例2: 有一小燈泡上標有「6 v、0.6w」的字樣,現在要用伏安法測量這個燈泡的i-u圖線,已知所用器材有:

是電流錶(0~0.3a,內阻1ω);電壓表(0~15v,內阻20kω);滑動變阻器(0~30ω,2a);學生電源(直流9v);開關乙隻、導線若干。為使實驗誤差盡量減小,畫出合理的實驗電路圖。

分析與解:因為電壓表內阻遠大於燈泡的最大阻值60ω,因此選擇電流錶外接法。電路如圖3所示。

例3:用伏安法測量阻值約為幾十歐的線圈的電阻r,己知所用電流錶的量程為(0~0.6v),內阻0.

125ω,電壓表的量程為(0~15v),內阻為15kω,蓄電池組電壓為12v,問應採用哪一種連線電路?

分析與解:因為,而題目給出的被測電阻阻值約為幾十歐,可能大於43ω,也可能小於43ω,因此內接法、外接法兩種電路均可採用。

在具體的實驗中若ra、rv均不知的情況下,可用試觸法判定,即通過改變電表的連線方式看電流錶、電壓表指標變化大小來確定。

三、控制電路的選擇

為改變被測電阻兩端的電壓(或被測電阻中的電流強度),常用滑動變阻器與電源的連線有兩種不同的形式,如圖4所示,圖4甲為限流接法,圖4乙為分壓接法,這兩種接法區別之處是:測量的範圍不同。當滑動觸頭p由a→b移動過程中(電源內阻不計)。

被測電阻兩端電壓調節的範圍,圖4甲為,圖4乙為;(2)對被測電阻r上的電流強度的控制情況有區別。對於圖4甲有時,調節r0的大小可使通過被測電阻的電流有明顯變化,但當r0

綜合上述,可得到如下結論:(1)若需要被測電阻r兩端電壓變化範圍較大,或需要從零開始連讀可調電壓,應選圖4乙的分壓電路;(2)若採用限流電路時,如果電路中最小電流大於或等於被測電阻r的額定電流,必須採用分壓電路;(3)當r0

但圖4甲的限流電路具有節省電能、電源負擔輕、電路連線簡便等優點,應選圖4甲的限流電路較好。

例如在例2中,電路若採用限流電路,電路中的最小電流為等於小燈泡額定電流,滑動變阻器無法對電流進行調節,故必須採用分壓電路,如圖3所示。

所以,我們在選擇電學實驗儀器和實驗電路時,應先依據題意確定電流錶、電壓表和滑動變阻器等儀器,然後確定電流錶的內外置法,再選擇控制電路並畫出實驗電路圖。

例4:用伏安法測量某電阻阻值,現有實驗器材如下:

侍測電阻rx(阻值大約為5ω,額定功率為1w);

電流錶a1(量程0~0.6a,內阻0.2ω);

電流錶a2(量程0~3a,內阻0.05ω);

電壓表v1(量程0~3v,內阻3kω);

電壓表v2(量程0~15v,內阻15kω);

滑動變阻器r0(0~50ω),蓄電池(電動勢為6v);

開關、導線。

為了較準確測量rx阻值,保證器材的安全,以及操作方便,電流錶、電壓表應選擇 ,並畫出實驗電路圖。

分析與解: 1 確定電壓表、電流錶。

被測電阻rx的額定電壓、額定電流分別約為則電流錶選用a1,電壓表選用v1。

2、確定電流錶內外置法。

臨界電阻的阻值為。

因為rx>r,則電流錶必須外接。

3、確定控制電路

因滑動變阻器的全值r0大於被測電阻值rx,故首先考慮滑動變阻器的限流接法。

限流接法rx上的電流取值範圍為

,因為,那麼滑動變阻器的阻值(滑動頭移動時)不得小於

。  若採用滑動變阻器的分壓接法,因為r0>rx,,會使操作不方便,因此應選擇滑動變阻器的限流接法,電路如圖5所示。

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